JPS589264B2 - 空燃比制御装置の診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエンジンの空燃比制御装置の機能を判断する診
断装置に関する。

最近、自動車の有害排気ガスを減少させ、かつ燃費や運
転性を向上させるための一方法として、エンジンの排気
ガス成分に関する情報によって空燃比を制御するフィー
ドバック方式の空燃比制御装置が提案されている。

上記のごとき空燃比制脚装置において、排気ガス成分濃
度を検出する排気センサやその他の部分に異常が生じた
場合には、正常な制御が行なわれず、混合気が適正値よ
り過濃又は希薄になるおそれがある。

そして混合気が希薄になるとエンジンの運転性、安定性
が低下し、また混合気が過濃になると排気ガス中の有害
成分が増加する等の問題が生ずるので、空燃比制御装置
の異常は速やかに検出し、適切な処置を行なう必要があ
る。

そのため本出願人は、排気センサの出力又は偏差信号等
によって発光素子を点滅させ、その状態によって空燃比
制御装置全体の異常を判別する方法（実願昭５０−１４
００４９）、及び排気センサ出力が故障時に０又は負に
なることを検出して排気センサの故障を判別する方法（
特願昭５０一１２２４１４）を既に提案している。

しかし前者の方法においては空燃比制御装置の異常を判
別し、後者の方法においては排気スンサの故障時に警告
するものであるため、異常の検出には好適であるが、故
障個所を判断するものではなかった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、排気セ
ンサ出力の最大値と最小値との間から少なくとも一つの
値、及び最小値以下から少なくとも一つの値の合計少な
くとも二つの比較基準値と排気センサ出力とを比較する
ことによって異常の検出と異常個所の判別とを行なうこ
とのできる診断装置を提供することを目的とする。

以下図面に基づいて本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例のブロック図であり、空燃比
制御装置１００と診断装置１０１とを示す。

まず空燃比制御装置１００においては、エンジン１の排
気ガス成分（例えば０２，ＣＯ，ＣＯ２，ＨＣ，ＮＯｘ
等）の濃度を排気管２に設けた排気センサ３で検出し、
該排気センサ３の出力と基準値■ｓ（例えば設定空燃比
に対応した値）との偏差を偏差検出回路４（差動増幅器
、比較器等）で検出し、制御回路５によって上記偏差に
応じた制御信号（例えば偏差に比例する比例分信号、又
は偏差を積分した積分分信号、もしくはこれら両信号を
加算した信号等）を作り、その制御信号に基づいて燃料
調量装置６（気化器、燃料噴射装置等）の熱料供給量や
空気供給量を付加的に制御（燃料調量装置は運転者がス
ロットル弁を操作する事等の他の要素によっても当然制
御される）することにより、エンジン１に供給する混合
気の空燃比を設定空燃比に維持するように構成されてい
る。

そしてこの設定空燃比を、例えば排気浄化装置７（触媒
装置、リアクタ装置等）の最適動作点に設定すれば、各
種の運転状態において排気ガス中の有害成分を効率よく
減少させることが出来る。

例えば、排気浄化装置としてＣＯ及びＨＣの酸化とＮＯ
ｘの還元とを同時に行なう三元触媒装置を用いる場合に
は、設定空燃比を理論空燃比近傍の値に設定する。

上記の排気センサ３として通常用いられる酸素センサ（
ジルコニア酸素計）の出力電圧は第２図の実線Ａに示す
ように、混合気の空燃比に応じて変化するが、酸素セン
サが正常な場合には理論的には常に正の値であり、０又
は負になることはない（なお酸素センサのセラミックの
製造のバラツキによって若干負電圧にシフトするものも
ある）。

しかし酸素センサが故障した場合、例えば酸素センサの
アノードとカソードが短絡した場合や酸素センサの信号
線が断線した場合には出力電圧が０となり、また酸素セ
ンサの固体電解質が熱衝撃等によって破損した場合には
出力電圧が大巾に負になることがある。

第３図は上記の関係を示した図であり、Ａは空燃比の変
化、Ｂの実線は正常な酸素センサの出力、一点鎖線は酸
素センサのセラミックに極微なクラツクがあるけれども
実用上はなんら問題のない酸素センサの出力、Ｃは短絡
又は断線した場合、Ｄは固体電解質が破損した場合を示
す。

また、酸素センサが劣化した場合には、第２図の一点鎖
線Ｂで示すごとく、出力電圧の最大値が低下し、また応
答性が悪くなるので偏差信号の高低の繰知し周期が長く
なる。

したがって排気センサの出力の変化を調べれば排気セン
サの故障又は劣化を検出することが出来る。

また、排気センサ以外の部分（第１図の偏差検出回路４
、制御回路５、燃料調量装置６及び燃料調量装置６内の
アクチュエータ等）に異常が生ずると、空燃比は過濃又
は希薄のいずれか一方に固定され、排気センサの出力は
高又は低のいずれか一方になるから、排気センサに異常
がない場合でしかも排気センサ出力が固定された場合は
、その他の部分に異常が生じたことになる。

第１図の診断装置１０１は上記の原理によって異常及び
発生個所を検出するものである。

すなわち、診断装置１０１において、排気センサ３の出
力は、バツファ回路８を介して比較器９の一方の入力端
子に与えられる。

また比較器９の他方の入力端子には比較基準値設定回路
１０で適宜設定された比較基準値■Ａが与えられ、比較
器９は両入力の大小を比較し、入力信号が比較基準値■
Ａより小さい場合は低レベルの信号ＶＬ、入力信号が比
較基準値■えより大きい場合は高レベルの信号■Ｈを出
力する。

また１１は発光素子又は発音装置等の表示装置であり、
比較器９の出力に応じて点滅又は発音する。

次に、診断手順について第４図に示すフローチャートに
基づいて説明する。

まず診断開始に先立って診断用運転条件を設定し、診断
開始可能か否かを判別する。

診断用運転条件としては、例えば次の二つがある。

まず、低温時（冷間始動時又はアイドリングの長時間継
続時等）においては排気センサの内部インピーダンスが
極めて高くなり、外部に取り出すことの出来る電圧が極
めて低くなるので正確な診断は不可能になる。

したがって診断用運転条件としては、まず排気センサの
温度が充分高く（エンジンの冷却水温、排気温度等によ
って検出する）なっていることが条件となる。

また正常制御不能時（上記の低温時等）や急加速減速時
等においてフィードバック制御を停止する機構を持った
空燃比制御装置の場合は、制御停止中は診断が不可能な
ので、制御停止機構が動作していないことが診断用運転
条件の一つとなる。

上記のごとき診断用運転条件が満足されており、診断開
始ＯＫの場合には、まず比較基準値設定回路１０を操作
して第１比較基準値ＶＡ１を設定し、それを比較器９に
与える。

この第１比較基準値■Ａ１は排気センサ出力の最大値と
最小値との間の値（第２図のＶＭＡＸと■ＭＩＮの間の
値）、例えば偏差検出回路の基準値Ｖｓと等しい値に設
定する。

上記の状態において、比較器９の出力が高レベルＶＨと
低レベルＶＬとを交互に繰返す（表示装置１１が点滅す
る）場合は、排気センサの出力が高レベルと低レベルを
交互に繰返していることを示すから、空燃比制御が行な
われていることになる。

そしてその繰返し周期が正常であれば、空燃比制御装置
全体が正常であることを示す。

また繰返し周期が異常に長い場合は排気センサが劣化し
ていることを示す。

ただし、繰返し周期はエンジンの回転速度に依存するか
ら診断時の回転速度を？慮する必要がある。

次に、比較器９の出力が高レベル■のみを出力（表示装
置１１が点灯しつづける）した場合は、排気センサ以外
の部分に故障が生じていることを示す。

次に、比較器９の出力が低レベルＶＬのみを出力（表示
装置１１が消灯しつづける）した場合には、排気センサ
の故障とその他の部分の故障との二つの場合があるので
、それを判別するため、比較基準値設定回路１０を操作
して第２比較基準値ＶＡ２を設定し、それを比較器９に
与える。

この第２比較基準値■Ａ２は、排気センサ出力の最小値
（第２図の■Ｍ Ｉ Ｎ）より低い値、例えばＶＭＩＮ
と０との間の値に設定する。

この状態で比較器９の出力が低レベル■Ｌのみを出力し
た場合は、排気センサの故障であり、高レベル■Ｈのみ
を出力した場合は、その他の部分に故障が生じたことを
示す。

上記のように比較器９の比較基準値を、排気センサ出力
の最大値と最小値との間の値に一つ、最小値以下の値に
一つの少なくとも二つの値に設定して排気センサ出力と
比較することにより、空燃比制御装置の異常検出及び異
常発生個所の検出を行なうことが出来る。

なお上記の比較基準値■いを更に他の値に切換えれば、
更に精密な判定をすることが出来る。

例えば排気センサ出力の最大値よりやや低い値（第２図
の正常時の最大値ＶＭＡＸと劣化時の最大値Ｖ′ＭＡＸ
との間の値）に比較基準値■Ａを設定すれば、排気セン
サの劣化の程度を検査することも出来る。

最も極端な場合として、比較基準値■Ａを負の値から最
大値ＶＭＡＸまで連続的に変化させれば、排気センサの
特性を測定することが出来るので、シンクロスロープ等
の高価な測定器の代りに、非常に安価な排気センサ特性
測定器として用いることが出来る。

次に、第５図は本発明の一実施例の回路図であり、第１
図のバツファ回路８、比較器９、比較基準値設定回路１
０、表示器１１の部分を示す。

第５図において、ＯＰ１及びＯＰ２は演算増幅器、Ｔ１
は排気センサ出力の入力端子、ＬＥＤは発光ダイオード
、Ｓ１は切換スイッチである。

第５図の回路において、比較基準値の切換えは切換スイ
ッチＳ１によって行なう。

すなわち切換？イッチＳ１をＡ側に切換えれば、比較基
準値は高い値（前記の■よ、例えばｖＡ＝■８）になり
、Ｂ側に切換えれば低い値（前記の■Ａ２）になる。

なお分圧抵抗Ｒ１〜Ｒ３の数と切換スイッチの切換段数
を多くすれば、比較基準値を多段に切換えることが出来
る。

また分圧抵抗Ｒ０〜Ｒ３と切換スイッチＳ１との代りに
、可変抵抗を用いれば比較基準値を連続的に変化させる
ことが出来る。

次に、第６図は本発明の他の実施例の回路図であり、比
較器９として偏差検出回路４内の比較器を兼用する場合
を示す。

すなわち、偏差検出回路４において、排気センサ３の出
力と基準値Ｖｓ （ＶＣＣをＲ４とＲ５とで分圧した値
）との偏差を検出するための比較器ＯＰ３の基準値入力
端子をターミナルＴ２、比較器ＯＰ３の出力をターミナ
ルＴ３にそれぞれ接続しておき、診断時にはターミナル
Ｔ２に比較基準値設定回路１０を、ターミナルＴ３には
表示装置１１を接続すれば、前記と同様の診断を行なう
ことが出来る。

なお、比較基準値設定回路１０の切換スイッチＳ２をＡ
側に切換えれば、比較基準値は■ｓより低い値になり、
Ｂ側に切換えれば■８より高い値になる。

またこの比較基準値の値を読みとるための電圧計１４を
設けてもよい。

次に、第１図に破線で示すごとく、比較基準値を自動的
に設定する自動設定回路１３と、比較基準値とそのとき
の比較器９の出力との関係がら空燃比制御装置の異常を
自動的に判別する自動判別回路１２とを備え、自動的に
異常の検出及び異常個所の判別を行なうことも出来る。

第７図は上記の自動判別装置の一実施例図であり、第１
図及び第５図と同符号は同一物を示す。

第７図の回路において、診断開始信号（乗員等が図示し
ないスイッチを押すことによって発生する）が入力端子
Ｔ４に与えられると、フリツプフロツプＦＦがリセット
されると共に、タイマＴＭがセットされて高レベルの信
号を出力する。

そのためノアゲートＧ２の出力は低レベルになるので、
リレーＲＹの励磁が解除されて接点はＡ側になり、比較
基準値は■Ａ，になって診断が開始される。

なお入力端子Ｔ４をフリツプフロツプＦＦのリセット端
子Ｒに接続したのは、検査開始時に出力Ｑを確実にリセ
ットするためである。

なお検査しないときは出力Ｑは出力しないから、上記の
入力端子Ｔ４は省略してもよい。

一方、タイマＴＭがセットされると高レベルの信号を出
力するためアンドゲートＧ１が開かれ、タイマＴＭがセ
ットされている時間のあいだカウンタＣＴには比較器９
からの信号（■Ｈと■Ｌを？互に繰返す信号）が入力し
、カウンタＣＴは入力信号を所定数だけカウントすると
信号を送出し、フリツプフロツプＦＦをセットする。

このカウンタＣＴのカウント数とタイマＴＭのセット時
間によって異常を検出することが出来る。

すなわち、セット時間内にフリツプフロツプＦＦがセッ
トされれば、比較器９の出力は正常な周期で■Ｈと■を
交互に繰返していたことになり、空燃比制御装置は正常
と判定されるから、フリツプフロツプＦＦのＱ出力で発
光ダイオードＬＥＤ１を点灯させ、異常のないことを表
示する。

次に、タイマＴＭのセット時間がすぎてもカウンクＣＴ
が出力せじ、フリツプフロツプＦＦがセットされないと
きには、ノアゲートＧ２の出力は高レベルになり、リレ
ーＲＹが励磁されてその接点はＢ側に切換わり、比較基
準値はＶＡ２になる。

この状態において、比較器９の出力が高レベルであれば
、アンドゲートＧ３の出力が高レベルとなり、発光ダイ
オードＬＥＤ２が点灯して排気センサ以外の部分に故障
が生じたことを表示する。

また、発光ダイオードＬＤＥ，及びＬＥＤ２の両方が点
灯しなかった場合、すなわち比較器９の出力が低レベル
を継続した場合は、ノアゲートＧ，の２つの入力端子が
両方とも低レベルになるので発光ダイオードＬＥＤ３が
点灯し、排気センサが故障したことを表示する。

次に、第８図及び第９図は診断用運転条件を判別するた
めの回路の実施例図である。

まず第８図は、排気センサの温度を検出する回路であり
、電源電圧ＶＯＯを排気センサの近傍等に設けたサーミ
スタＴＨ（温度の上昇と共に抵抗値が低下するもの、い
わゆる負特性のサーミスタ）と抵抗Ｒ，とで分圧した値
ＶＴＨと、ＶＣＣを抵抗Ｒ７とＲ８とで分圧した基準値
とを比較器ＯＰ４で比較し、ＶＴＨが基準値以下となる
と ただしＲＴＨはサ ーミスタＴＨの抵抗値、であるから、温度が所定値以上
になるとＲＴＨが小さくなってＶＴＲが小さくなる）発
光ダイオードＬ Ｅ Ｄ４を点灯させて、診断可能なこ
とを表示するものである。

また第９図の回路は、排気センサの温度がエンジン回転
速度に依存することに着目し、所定範囲の回転速度を所
定時間以上継続したときに診断可能と表示するものであ
る。

第９図において、入力端子Ｔ５に与えられる回転速度に
比例した電圧■８ｐは、比較器ＯＰ５及びＯＰ６に与え
られる。

比較器ＯＰ５は電圧■８ が第１の基準値以下、すなわ
ち回転速度が最高限度以下のとき高レベルを出力し、比
較器ＯＰａは電圧ＶＳＰが第２の基準値以上、すなわち
回転速度が最低限度以上のとき高レベルを出力する。

この比較器ＯＰ５及びＯＰ６の出力はアンドゲートＧ５
に与えられる。

したがってアンドゲートＧ５の出力は、回転速度が最高
限度と最低限度との間にあるときにのみ高レベルを出力
する。

次に演算増幅器ＯＰ７、コンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１０
は積分器を構成し、アンドゲートＧ５の出力を積分する
。

また比較器ＯＰ８は上記積分器の出力が所定の基準値に
達すると、すなわち回転速度が所定範囲内の値を所定時
間以上継続すると、高レベルの信号を出力し、トランジ
スタＱ１をオンにする。

そのためランプＬＰが点灯し、診断可能であることを表
示する。

なお、第８図又は第９図の回路と前記第７図の回路とを
組合せ、温度が所定以上で診断可能な場合にのみ、診断
が行なわれるように構成することも出来る。

以上説明したごとく本発明によれば、空燃比制御装置の
異常の検出と異常個所の判別を確実に行なうことが出来
る。

なお、本発明の装置は、車両に設置して異常発生時の警
報装置として用いることも出来るし、また整備工場等に
配備して車両検査用の診断装置として用いることも出来
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は酸素
センサの出力特性図、第３図は空燃比と酸素センサ出力
の関係図、第４図は診断用フローチャートの一例図、第
５図〜第７図はそれぞれ本発明の実施例図、第８図及び
第９図は診断用運転条件の判別回路の実施例図である。 符号の説明、１・・・・・・エンジン、２・・・・・・
排気管、３・・・・・・排気センサ、４・・・・・・偏
差検出回路、５・・・・・・制御回路、６・・・・・・
燃料調量装置、７・・・・・・排気浄化装置、８・・・
・・・バツファ回路、９・・・・・・比較器、１０・・
・・・・表示装置、１１・・・・・・比較基準値設定回
路、１２・・・・・・自動判別回路、１３・・・・・・
自動設定回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンジンの排気ガス成分濃度を検出する排気センサ
   と、該排気センサの出力と基準値との偏差信号を出力す
   る偏差検出回路とを有し、上記偏差信号に対応した制御
   信号に基づいてエンジンに供給する混合気の空燃比を制
   御する空燃比制御装置において、正常時における上記排
   気センサ出力の最大値と最小値との間にある第１基準値
   及び最小値以下の第２基準値を発生する比較基準値設定
   回路と、前記排気センサ出力を前記第１基準値及び前記
   第２基準値と順次比較する比較手段とを備え前記第１基
   準値と比較する比較手段の出力の繰返し周期が正常時よ
   り長い時に排気センサの劣化を示し、前記第１基準値を
   上廻る出力を継続するか又は第１基準値と第２基準値と
   の間の値の出力を継続するときに排気センサ以外の部分
   の故障を示し、前記第２基準値を下廻る出力を継続する
   時に排気センサの故障を示すことを特徴とする空熱此制
   御装置の診断装置。 ２ 前記比較手段は、比較基準値と排気センサ出力とを
   比較する比較器と、診断開始信号が与えられると上記比
   較基準値を第１基準値に設定する回路と、上記診断開始
   信号が与えられてから所定時間のあいだ上記比較器の出
   力を計数し上記所定時間内に計数値が所定値に達すると
   異常なしの表示器を作動させ、かつ計数値が所定時間内
   に所定値に達しないと上記比較基準値を第２基準値に切
   換える回路と、上記排気センサ出力が上記第２基準値以
   上のとき排気センサ以外の部分の故障発生を示す表示器
   を作動させる回路と、上記排気センサ出力が上記第２基
   準値以下のとき排気センサの故障発生を示す表示器を作
   動させる回路とを備えた特許請求の範囲第１項記載の空
   燃比制御装置の診断装置。